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So stellen Sie PID-Regler ein ... Einfach!

Eine einfache Methode zum Modellieren von Prozessen und Tuning Loops

Eine einfache Methode zum Modellieren von Prozessen und Tuning Loops

Hat ein Kollege jemals kommentiert: "Wie hast du das geschafft?"Wenn die Frage wie eine Aussage ausgesprochen wird, dann weißt du, dass du etwas Besonderes erreicht hast. Ironischerweise, wenn es darum geht, PID-Regler zu tunen Es gibt nur ein paar Tricks, die dich verwandeln können von dem Typen, der solch einen Kommentar in den Typen macht, der all das Lob erhält.

Ich habe während meiner Karriere viele Regelkreise eingestellt, aber eine Erfahrung, als ich ein junger Lehrling war, fällt deutlich auf. Mit meiner Zeit im Militär und an der Universität im Rückspiegel habe ich in der Industrie als Turbinenspezialist bei einem Ingenieurdienstleister angefangen.

Sicher - ich war so zuversichtlich wie ich grün war. Als ich meinen ersten Auftrag zur Unterstützung eines Senior Field Services Engineers übernahm, war ich mir sicher, dass ich die Art von Service liefern würde, bei dem mein Kollege mein Lob singt und der Kunde um mehr bettelt. Es wäre ein Lehrbuch !!

Der Kunde benötigte Hilfe beim Tuning mehrerer PIDs, und ich hatte in der Prozesssteuerung einen hohen Stellenwert. Aber wie es so schön heißt: Auf dem Weg ins Forum ist eine lustige Sache passiert.

Damien Munroe

Damien Munroe

Europäische Integration und Verkauf, Kontrollstation

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Dieses "Rezept" war seither meine Lieblingsbeschäftigung ... obwohl ich mich jetzt nicht mehr auf Millimeterpapier und eine Stoppuhr verlassen muss!

Der Kunde war ein Öl- und Gasproduzent in Vietnam. Wie bei den meisten Prozessen auf einer Ölplattform vertrauten auch sie auf Druck, Füllstand und Durchflusskontrolle. Was mir sofort auffiel, war die hohe Dynamik der Anlagensteuerung - und wie unterschiedlich sie von Lehrbuchbeispielen waren.

Der Kunde hatte Schwierigkeiten, die Kapazität des Designs aufgrund übermäßiger Prozessvariabilität in seinen Trennbehältern zu erfüllen. Daran erinnern, dass die Datenerfassung kein Standard in den 1990s war, so dass Datentrends begrenzt waren und Software noch keine Option war. Für diesen Job mussten wir die Schleifen manuell einstellen, und die Methoden, die ich in der Schule gelernt hatte, waren für diese Aufgabe nicht geeignet.

Während ich viel Wissen aus Lehrbüchern extrahieren kann, habe ich schnell gelernt, dass es noch mehr Erkenntnisse aus erster Hand gibt. Als sich meine Besorgnis von Minute zu Minute erhob, beauftragte meine Kollegin den Betriebsleiter mit einer Handvoll Fragen.

Ausgestattet mit einem Verständnis für das Kontrollziel und das Wissen über Veränderungen, die die Zunahme der Variabilität bewirkten, skizzierte er ein sehr einfaches Verfahren, das wir befolgen würden, um die Schleifen des Kunden zu optimieren. Dieses "Rezept" war seither meine Lieblingsbeschäftigung ... obwohl ich mich jetzt nicht mehr auf Millimeterpapier und eine Stoppuhr verlassen muss!

Während meiner letzten Post angeboten Tipps zum Sammeln von guten Daten für das TuningDieser Abschnitt behandelt eine einfache Methode zur Berechnung der drei Modellparameter, die zur Ableitung der Abstimmungskoeffizienten einer SPS verwendet werden.

1. Wie weit: Prozessgewinn, Kp

Prozessverstärkung ist ein Modellparameter, der beschreibt, wie stark sich die gemessene Prozessvariable in Reaktion auf Änderungen der Controller-Ausgabe ändert. Im Wesentlichen beschreibt es "Wie weit" sich der Prozess als Reaktion auf eine gegebene Änderung bewegt.

Wenn Sie PIDs manuell abstimmen, müssen Sie Trenddaten verwenden, die die Prozessvariable als Reaktion auf eine Änderung des Controller-Ausgangs aus einem stationären Zustand heraus bewegen. Der Wert für die Prozessverstärkung kann als stetige Zustandsänderung der gemessenen Variable dividiert durch die entsprechende Änderung der Reglerausgabe berechnet werden.

Beachten Sie, dass die Prozessverstärkung auf denselben technischen Einheitenwerten basieren sollte, die im Prozess verwendet werden. Außerdem sollten Sie wissen, dass der Controller diese technischen Einheiten nicht verwendet. Stattdessen wird der Controller die prozentuale Signalspanne verwenden - es wird notwendig sein, die Prozessverstärkung in Einheiten umzuwandeln, die die "Prozentspanne" widerspiegeln, die mit Ihrem Controller verbunden ist.

PID-Regler abstimmen: Prozessverstärkung

Berechnen Sie die Prozessverstärkung, indem Sie die Änderung der gemessenen Prozessvariablen (PV) bestimmen und diese dann durch die zugehörige Änderung in den Controller-Ausgang (CO) aufteilen.

2. Wie schnell: Prozesszeitkonstante, Ƭp

Die Process Time Constant ist wie eine Uhr, die die Beziehung zwischen Process Variable und Controller Output weiter erklärt. Insbesondere beschreibt die Prozesszeitkonstante "Wie schnell" die gemessene Prozessvariable auf Änderungen der Steuerungsausgabe reagiert.

Um die Prozesszeitkonstante zu berechnen, überprüfen Sie dieselben Trenddaten. Es ist wichtig, den Zeitpunkt zu identifizieren, zu dem die gemessene Prozessvariable zuerst eine klare und sichtbare Reaktion auf den Funktionstest zeigt.

Bestimmen Sie als nächstes den Zeitpunkt, zu dem sich die Prozessvariable auf ihren neuen stationären Wert (dh das Ende) einpendelt. Der Wert für die Prozesszeitkonstante entspricht 63.2% dieser Gesamtänderung.

Je kleiner der Wert der Prozesszeitkonstante ist, desto schneller reagiert Ihr Prozess auf Änderungen. Die Fähigkeit, einen Prozess zu steuern, ist eine Funktion von 1) der Geschwindigkeit der Prozesszeitkonstante relativ zu 2) der Geschwindigkeit des letzten Modellparameters.

PID-Regler abstimmen: Prozesszeitkonstante

Die Prozesszeitkonstante wird ermittelt, indem der Zeitpunkt identifiziert wird, zu dem die gemessene PV 63.2% ihrer Änderung erreicht, und dann die Zeit subtrahiert wird, bei der die PV-Änderung sichtbar beginnt.

3. Wie viel Verzögerung: Prozess-Totzeit, θp

Die Zeit, die von dem Moment an verstreicht, in dem eine Änderung an dem Controller-Ausgang begonnen wird, bis die gemessene Variable eine klare anfängliche Antwort zeigt, wird als Prozess-Totzeit bezeichnet. Dieser Modellparameter gibt "Wie viel Verzögerung" in einem bestimmten Prozess an.

Prozess-Totzeit entsteht aufgrund von Transport-, Proben- oder Instrumentenverzögerungen. Die Berechnung eines Werts für die Prozess-Totzeit ist relativ einfach. Beginnen Sie damit, den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Reglerausgang geändert wird, und stellen Sie dann den Zeitpunkt ein, zu dem die gemessene Prozessvariable anspricht.

Prozess-Totzeit untergräbt die Fähigkeit des PID-Reglers, Stabilität zu bewahren, da er die Geschwindigkeit begrenzt, mit der ein Regler auf Störungen reagieren kann. Aus diesem Grund wird Process Dead-Time weithin als der "Mörder der Kontrolle" bezeichnet.

PID-Regler abstimmen: Totzeit verarbeiten

Berechnen Sie den Prozess-Totzeitwert, indem Sie bestimmen, wann der gemessene PV eindeutig auf die CO-Änderung reagiert, und subtrahieren Sie dann den Zeitpunkt, zu dem das CO anfänglich geändert wurde.

Sobald wir die drei Modellparameter berechnet hatten, war der schwierige Teil erledigt. Von da an war es einfach, jeden Wertebereich in Tuning-Koeffizienten umzuwandeln, die mit den PLCs der Plattform funktionierten.

Während dieser ersten Erfahrung mit PID-Reglern lernte ich zwei wichtige Lektionen: erstens hat Lehrbuchwissen seine Grenzen und zweitens sind Methoden, die von erfahrenen Profis weitergegeben werden, wie Gold.

Am Ende unseres Besuchs bat der Kunde tatsächlich um zusätzliche Unterstützungsdienste, und ich grinste meinen Kollegen an, während er sowohl fragte als auch sagte: "Wie haben Sie das geschafft?"

Die meisten industriellen Regelkreise werden selten abgestimmt, so dass die Praktiker nur wenig Gelegenheit haben, ihr Wissen anzuwenden, was oft dazu führt, dass Fähigkeiten im Laufe der Zeit nachlassen.

Glücklicherweise sind Workshops, die sich auf bewährte Best Practices konzentrieren, weit verbreitet. Diese Workshops bieten ein praktisches Mittel, um die Fähigkeiten zu behalten.

Wenn es aus Budget- und / oder Zeitgründen keine Option gibt, dann gibt es Führer wie dieser das kann sich als hilfreich erweisen

Damien Munroe

http://www.controlstation.com

Damien gibt einen Einblick in die Prozesssteuerung und -automatisierung, die aus seinen Erfahrungen in der militärischen Luftfahrt, der Offshore-Öl- und Gasindustrie, der Präzisions-Pharmaindustrie und der Halbleiterherstellung resultiert. Seine Ausbildung an der

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